伤害性感受器可塑性在慢性疼痛中的研究进展

侯娜，张力，蒙臣，李清1b,，胡扬根

(1.湖北医药学院 a.药学院，b.麻醉学研究所，湖北 十堰 442000； 2.十堰市太和医院 a.麻醉科，b.疼痛科，湖北 十堰 442000)

疼痛被公认为世界第五大生命体征，目前全球至少有1/4的人口遭受慢性疼痛的折磨，超过了心脏病、肿瘤和糖尿病的总和[1]。慢性疼痛严重威胁人类健康，其发病率高，持续时间长，而且会导致一系列心理和社会问题，严重影响人们的生活质量[2]。引起慢性疼痛的原因包括创伤或损伤、严重感染、神经系统疾病或病损、神经免疫反应等，其中急性疼痛处理不当导致疼痛迁延和慢性化是最主要和常见的原因[3]。慢性疼痛是一种完全不同于急性疼痛的类型，目前尚无明确的概念来定义慢性疼痛，只是按照疼痛持续的时间来区分急、慢性疼痛。生理状态下，伤害性感受器的激活是痛觉产生的基础。当组织发生损伤后(缺血、肌痉挛、创伤等)，损伤部位释放出各种炎症介质(如缓激肽、前列腺素、一氧化氮、组胺、5-羟色胺)，伤害性感受器被激活，将有害刺激转换为神经冲动，通过外周传入纤维进入中枢神经系统，经脊髓、下丘脑投射到大脑边缘系统和大脑皮质，通过各级中枢整合后产生疼痛[4-7]。伤害性感受器上初级传入纤维持续激活后，诱发胞膜上受体和离子通道磷酸化，最终导致传入神经末梢阈值降低，兴奋性发生可塑性变化，表现为对同一刺激反应持续性增强，因此，伤害性感受器可塑性改变在急性疼痛向慢性疼痛转变中发挥重要作用[8]。现就伤害性感受器可塑性变化在慢性疼痛中的研究进展予以综述。

1 伤害性感受器可塑性与慢性疼痛

伤害性感受器是非特化的游离神经末梢，广泛分布于全身组织，包括皮肤、骨膜、血管壁、关节面、胸膜壁层、心包、大脑镰等结构。伤害性感受器可特异性地感知机体组织损伤或潜在损伤信号，并将其转化为生物电信号，是将伤害性刺激从外周神经末梢传递至中枢神经系统的第一站[9]。当机体遭受强烈而重复的机械、热和化学刺激时，伤害性感受器被激活，在细胞水平上使其功能和神经化学性质发生改变，表现为受伤部位及其周围组织对疼痛阈值降低，对伤害性刺激反应增强，称为伤害性感受器的可塑性改变[10]。伤害性感受器的可塑性变化不仅可以理解为神经系统对“有害”刺激所做出的适应性反应[11]，而且是导致外周敏化、原发性痛觉过敏和中枢敏化的根本原因，是慢性疼痛发生和发展的基础[12]。

2 伤害性感受器可塑性与痛觉过敏引发

临床上常见的慢性疼痛(类风湿关节炎、带状疱疹后神经痛等)致病原因较明确，这些不良刺激使伤害性感受器敏化，表现出痛觉过敏和对初始伤害性刺激反应增强[13]。然而，有些慢性疼痛是间歇性或渐进性的(如偏头痛、纤维肌痛)，并没有明显的神经损伤。为了更好地理解伤害性感受器可塑性在慢性疼痛中作用，Reichling和Levine[14]首次运用了“痛觉过敏引发”模型，该模型为研究伤害性感受器上复杂的分子修饰提供了工具，有可能解释神经系统通过调节自身功能来适应外部环境有害刺激的机制；他们通过在大鼠后爪皮下注射极低剂量的角叉菜胶诱发短暂的炎症反应，由此产生急性痛觉过敏，7 d后痛觉过敏完全消失；而后在同一部位注射低剂量的前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)，可引起至少持续24 h的痛觉过敏，然而，在正常大鼠后爪同样部位注射相同剂量的PGE2只会产生不超过4 h的痛觉过敏。这一研究模型与其他大多数疼痛模型不同，初始伤害性刺激后机体是可以完全恢复的，再给予第二个刺激，通常是亚阈值刺激，机体会产生更持久的痛觉过敏，这是痛觉过敏引发的最主要特征。该模型的发现不仅为研究神经可塑性的机制提供了依据，而且解释了临床上一些最常见的病理性疼痛的病理生理特点。因此，要解决慢性疼痛的关键问题就必须从细胞分子水平来了解痛觉过敏引发的过程[15]。

3 伤害性感受器可塑性改变的表现形式

3.1Ⅰ型痛觉过敏引发

3.1.1Ⅰ型痛觉过敏引发的表现形式 经典的痛觉过敏引发(Ⅰ型)表现为机体在初次暴露于组织损伤、炎症、神经损伤后引起痛觉过敏，初始刺激消除一段时间后痛觉过敏消失，机体的痛觉阈值可恢复正常。然而，当机体再次暴露于致炎因子PGE2后，可导致机械痛觉过敏持续时间显著延长。

3.1.2Ⅰ型痛觉过敏引发的特点 通常单纯由PGE2诱导的机械痛觉过敏是通过伤害性感受器的第二信使腺苷酸环化酶-环腺苷酸(cyclic adenylicacid，cAMP)-蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)介导的[16]。然而，在痛觉过敏引发形成后，由PGE2诱导的机械痛觉过敏对PKA拮抗剂不敏感，而蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)ε的选择性抑制剂能有效降低这种机械痛敏[17]，证实PKCε在痛觉过敏引发中发挥重要作用。PKCε几乎存在于所有背根神经节的神经元中，但它从胞质到胞膜的转移仅发生在IB4(isolectin B4)阳性(IB4+)的非肽能伤害性感受器中，而在原肌球蛋白受体激酶阳性的肽能伤害性感受器中未发生此转移[18]。表明慢性疼痛的发生形式可能与伤害性感受器的亚型有关。Joseph和Levine[19]通过鞘内注射选择性神经毒素IB4-皂草素来损伤IB4+伤害性感受器，结果显示，在IB4-皂草素处理的大鼠中，PGE2诱导的痛觉过敏并未延长，说明IB4+伤害性感受器参与了经典的痛觉过敏引发。经典的痛觉过敏引发大多数由慢性炎症诱导，慢性炎症是两性双态的，即在雌雄不同性别中发生条件不同，研究发现雌激素可影响躯体感觉认知和疼痛敏感性，并对疼痛调节发挥重要作用[20]。Joseph等[21]发现，在卵巢切除的雌性大鼠中，同样用角叉菜胶或PKCε激动剂做引发，能产生与雄性大鼠中相似的作用，而且这种作用能被雌激素逆转，而性腺切除的雄性大鼠对角叉菜胶或PKC激动剂诱导的痛觉过敏引发没有任何作用。因此，慢性炎症诱导的经典痛觉过敏引发仅发生在雄性大鼠中，性激素可能影响痛觉过敏引发的表达。

3.1.3Ⅰ型痛觉过敏引发可能涉及的机制 PKCε及其分子通路可能是Ⅰ型痛觉过敏引发的重要机制。Parada等[22]在角叉菜胶诱导的痛觉过敏引发产生后，鞘内注射反义寡脱氧核苷酸使感觉神经元中PKCε的表达一过性降低，结果阻止了PGE2诱导的痛觉过敏增强；而单独注射PKCε激动剂却诱导了痛敏延长和痛敏引发，这是因为在炎症介导Ⅰ型中，机体不仅对PGE2反应增强，而且涉及细胞内从PKA到PKCε信号通路的转换；由PGE2诱导的痛觉过敏仍是cAMP依赖的，但它由传统的cAMP-PKA通路改变为cAMP-cAMP直接激活的交换蛋白-PKCε通路，PKCε是Ⅰ型引发的重要靶点。PKCε从多个途径参与Ⅰ型引发。在炎症诱导痛觉过敏使机体处于引发状态下，持续的炎症刺激痛觉感受器导致G蛋白受体激酶2减少，进一步激活cAMP直接激活的交换蛋白，从而使cAMP直接激活的交换蛋白-PKCε通路反应增强，参与痛觉过敏引发的维持；此外，在引发状态下，PGE2作用后导致G蛋白αi亚型和磷脂酶Cβ激活，直接参与PKCε下游的信号转导[23]。

胞外信号调节激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)是PKCε下游最主要的酶，ERK信号通路在急慢性疼痛中发挥重要作用，PKCε的激活增加了脊髓背角神经元的兴奋性，这种作用能被ERK阻断，而PKCε进一步发挥作用需通过激活ERK来实现[24]。Chen等[25]在酸诱导肌肉痛模型建立后4 h，鞘内注射ERK抑制剂U0126抑制了痛觉过敏引发后的慢性疼痛发展，证明脊髓背角ERK活性是痛觉过敏引发形成所必需的；然而，进一步在模型建立后6 h，再次注射ERK抑制剂并未阻止二次注射引起的慢性疼痛。这表明，ERK虽然参与慢性疼痛的形成，但一旦神经可塑性形成，ERK抑制剂并不能逆转，它并未参与慢性疼痛的发展。

另外，趋化因子及其受体也参与各种类型的慢性疼痛产生和维持，基质细胞衍生因子1及其受体CXC趋化因子受体4是其中之一。Yang等[26]在大鼠足底注射CXC趋化因子受体4抑制剂，结果发现，其不仅抑制了蜂毒诱导的急性机械痛觉过敏，而且抑制了随后的痛觉过敏引发，并且CXC趋化因子受体4的配体基质细胞衍生因子1也有相同作用，表明基质细胞衍生因子1-CXC趋化因子受体4信号在急性疼痛到慢性疼痛转变中也发挥重要作用。

3.2Ⅱ型痛觉过敏引发

3.2.1Ⅱ型痛觉过敏引发的表现形式 反复运用阿片受体激动剂不仅会产生与阿片受体依赖、成瘾相关的症状，还表现为持久的机械痛觉过敏，称为阿片类药物诱导的痛觉过敏[27]。Araldi等[28]发现，当雄性大鼠左后爪反复暴露于阿片受体激动剂后，产生急性机械痛觉过敏；当急性痛觉过敏消失痛阈恢复基线后，再皮内注射PGE2，可引起比正常大鼠更长时间的机械痛觉过敏。机体伤害性感受器表现出与Ⅰ型对PGE2相似的反应，但涉及不同的机制，称为Ⅱ型痛觉过敏引发。

3.2.2Ⅱ型痛觉过敏引发的特点 不同于Ⅰ型痛觉过敏引发，PKCε抑制剂并不能影响Ⅱ型痛觉过敏引发的过程，但PKA抑制剂H-89参与Ⅱ型的表达和维持，表明Ⅱ型痛觉过敏引发是PKA依赖性的，是与Ⅰ型最主要的区别；另一方面，两种痛觉过敏引发形成的时间和涉及的伤害性感受器亚型也有明显不同，从急性疼痛到神经可塑性形成，Ⅰ型至少需要72 h，而Ⅱ型在暴露阿片受体激动剂后5 min，即可使机体处于痛觉引发状态；在Ⅱ型中，同样鞘内注射IB4-皂草素来损伤IB4+伤害性感受器，对随后PGE2诱导的痛觉过敏显著延长，说明Ⅱ型痛觉过敏引发不依赖于IB4+伤害性感受器，这与Ⅰ型也明显不同；无论在雄性还是雌性大鼠中，反复运用μ阿片受体(mu-opioid receptor，MOR)激动剂都能产生急性机械痛觉过敏，并延长PGE2引起的痛觉敏化，而经典痛觉过敏引发Ⅰ型仅发生在雄性大鼠中[28]。除了上述区别于Ⅰ型引起慢性疼痛的特点，Ⅱ型痛觉过敏引发与MOR有关。Araldi等[29]在提前用MOR激动剂引发的大鼠后爪再注射纳洛酮却抑制了机械痛觉过敏，而反复注射纳洛酮也能引发机械痛觉过敏，故认为MOR参与了Ⅱ型引发的表达和维持；进一步在鞘内注射MOR的反义寡脱氧核苷酸，在基因水平降低MOR的表达，结果并未影响PGE2引起的痛觉过敏时间的延长。说明MOR并不是Ⅱ型引发的表达和维持所必需的。

3.2.3Ⅱ型痛觉过敏引发可能涉及的机制 PKA及其下游信号通路是 Ⅱ型引发的重要机制。Araldi等[28]研究表明，用PKA抑制剂H-89预处理的大鼠，再暴露MOR激动剂后，不仅抑制了急性痛觉敏化，而且抑制了随后PGE2引起的痛觉过敏的延长；而用8-bromo cAMP(PKA的强大激活剂)则延长了暴露MOR激动剂后大鼠机械痛敏的时间，这是因为在外周给予选择性MOR激动剂诱导的Ⅱ型引发是通过腺苷酸环化酶-cAMP-PKA途径使伤害性感受器敏化，其中PKA是Ⅱ型引发所必需的。研究发现，PKA下游的第二信使促分裂原活化的蛋白激酶与黏着斑激酶间的相互作用促进了痛觉敏化的延长[29]。黏着斑激酶是一种重要的支架蛋白，主要存在于兴奋性谷氨酸能突触，衔接许多受体与信号蛋白，并参与突触可塑性的调节。黏着斑激酶发生自磷酸化进一步刺激ERK1/2，脊髓背角神经元内ERK1/2异常激活后通过磷酸化多种转录因子调控DNA的转录，继而促进多种激酶受体、离子通道受体的表达，使神经元兴奋性升高或阈值降低，突触可塑性改变，参与痛觉敏化[30]。此外，有研究证明，Toll样受体4(Toll-like receptor 4，TLR4)也参与阿片类诱导的痛觉过敏引发，TLR4作为一种天然免疫受体，分布于伤害性感受器的神经元上，是阿片类药物诱导痛觉过敏的受体[31]。阿片类药物可非选择性作用于TLR4，激活中枢系统的小胶质细胞，促进神经活性物质、促炎因子(如白细胞介素-6、白细胞介素-1β、肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-10)的表达，产生痛觉敏化[32]。Araldi等[31]研究证实，低剂量的吗啡能诱导雄性SD大鼠的痛觉过敏引发，当鞘内给予TLR4信使RNA的反义寡脱氧核苷酸，从蛋白水平降低TLR4的表达后，吗啡的这种作用被抑制，进一步证实了TLR4是低剂量阿片类诱导Ⅱ型痛觉过敏的重要靶点。

3.3应激诱导的痛觉过敏引发 应激刺激在一定条件下能起到镇痛的作用[33]。然而，机体长期处于应激环境中可引起持续性的痛觉过敏，这一现象在动物实验中已得到了验证[34]。长期暴露在非习惯声音刺激下的大鼠，局部注射PGE2后引起机械性痛觉过敏显著增加[35]。该现象可能与在应激条件下，机体大量调动了位于外周感觉传入纤维上的糖皮质激素和儿茶酚胺受体，使伤害性感受器上G蛋白偶联受体发生转变有关。在正常大鼠中，PGE2诱导的痛觉敏化是通过Gs蛋白激活PKA介导的，而长期处于压力应激下的大鼠伤害性感受器介质涉及G蛋白偶联受体从Gs到Gi的转变，对PGE2的反应，除正常的PKA介导急性痛觉过敏通路外，还涉及 PKCε蛋白及其信号通路的激活，导致痛觉过敏放大和延长，从而产生慢性疼痛[7]。

3.4其他痛觉过敏引发类型 疼痛慢性化的机制除伤害性刺激外，一些非疼痛性不良刺激(焦虑、抑郁等)也可通过改变情绪和注意力等刺激交感神经系统，增加伤害性感受器的自发活动，改变对疼痛的感知[36]。焦虑也可以被视为一种长期的超反应状态，在这种情况下，机体面对未来的压力甚至疼痛会产生夸大的反应[37]。焦虑会加重手术后或慢性疼痛患者痛觉敏化程度，这可能与大脑前扣带回皮质活化有关。研究显示，前扣带回皮质激活是产生疼痛情感反应至关重要的环节，长期疼痛状态下一些炎症因子(白细胞介素-6、肿瘤坏死因子等)可以激活前扣带回皮质，而活化的前扣带回皮质加重焦虑、抑郁又促进痛觉感知，导致正反馈参与慢性疼痛的形成[38]。

4 小 结

伤害性感受器可塑性改变在急性疼痛向慢性疼痛转化中发挥重要作用。痛觉过敏引发是伤害性感受器可塑性改变的重要分子机制之一，不同痛觉过敏引发模型的发现，可能帮助阐明慢性疼痛形成过程中一些复杂现象。然而，目前对于痛觉过敏引发模型的认识有限，只是简单认识了不同模型的特点，可能涉及不同分子机制，至于各个分子间如何参与细胞内信号转导，如何参与慢性疼痛的信号通路还需进一步研究。只有认识到不同痛觉过敏引发类型在分子水平如何影响伤害性感受器的可塑性变化，才能更清楚地理解和揭示急性疼痛向慢性疼痛转化的原因，从根本上找到治疗慢性疼痛的办法，更好地运用于临床，服务于慢性疼痛患者。